2022-11-24 13:47:51

人造超强蚕丝比蜘蛛丝强70%

蜘蛛丝很结实,但很难养殖。新的研究揭示了蚕丝是如何比蜘蛛丝强70%的。

尽管蜘蛛拥有最坚固的蛛丝市场,但它们太过好斗和领地性,无法养殖。将蜘蛛DNA植入蚕体内是次优选择,但这是一个昂贵且难以规模化的过程。现在,科学家们已经发现,通过去除蚕丝外层的粘性,手工纺丝,蚕丝的强度可以比蜘蛛丝强70%。天津大学的研究人员的这项研究发表在10月6日的《物质》杂志上。

天津大学生物化学家、资深作者林智说:“我们的发现颠覆了以前的看法,即蚕丝在机械性能上无法与蜘蛛丝竞争。”

在历史上,蚕丝被用作皇室奢华长袍和服装的来源。然而,今天,以丝为基础的材料更有可能在生物医学中作为缝线和外科补片的材料。由于它的生物相容性、机械性能和生物降解性,它也被用于组织再生实验。

代表性人造丝和天然丝的应力应变曲线。来源:王景霞,范甜甜,和林智

最常见的生产丝绸的方法是养蚕。然而,这些丝不如蜘蛛丝那么耐用和结实,特别是蜘蛛丝,在高压下自然能很好地发挥作用。“拖丝是蜘蛛网的主要结构丝。它也被用作蜘蛛从树上掉下来的救生索。”另一方面,蚕在转变成蛾形的过程中,用它们更柔软的丝来建造像棉球一样的茧。

当其他科学家结合蜘蛛的DNA来制造蚕丝时,林的研究小组想要使用普通的蚕,因为它们更容易接近,也更容易管理。他们的灵感来自蜘蛛蛋壳丝的人工纺丝。这是蚕丝的近亲,在纺丝过程中表现良好。

天然蚕丝纤维由蚕丝胶包裹的纤维芯组成,蚕丝胶会干扰商业用途纤维的纺丝。为了解决这个问题,科学家们将普通家蚕的蚕丝放入一池化学物质中煮熟,这种化学物质可以溶解这种胶,同时最大限度地减少蚕丝蛋白质的降解。然后,为了增强用于纺丝的丝质,研究小组将丝质凝固在金属和糖的浴液中。

“由于蚕丝的结构与卵状蜘蛛丝非常相似,而卵状蜘蛛丝在锌和铁的混合浴中表现良好,我们想测试这种替代方法,以避免其他地方使用的危险条件,”林说。蔗糖是糖的一种,可增加凝固浴的密度和粘度,从而影响纤维的形成。

一旦手工纺丝和拉丝,这些丝比原来的蚕丝更薄,几乎达到蜘蛛丝的大小。在显微镜下观察后,林将其描述为“光滑而坚固”,这表明人造纤维可以承受外力。

林说:“我们希望这项工作为生产有利可图的高性能人造丝绸开辟了一条有前途的道路。”

参考文献:王景霞、范甜甜、李曦、胡晓霞、黄卫东、袁文素、林智《人造超强蚕丝超越天然蜘蛛丝》,2022年10月6日,《物质》。DOI: 10.1016 / j.matt.2022.08.028

项目由天津大学创业基金和国家自然科学基金资助。